基于激光诱导叶绿素荧光检测技术研究

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植物的光合作用直接反映植物的生长状况。通过监测植物的生长状况,能够预防及减少植物受到干旱胁迫、氮胁迫、病虫害胁迫等的影响,使植物进行高效、高品质的生产,对提高树木、农作物等植物的产量具有重要意义。目前对植物健康状况的判断多依赖于经验目测或者通过化学分析方法进行,检测步骤繁琐,效率不高,而且无法对植物所受胁迫状态做出早期预测。叶绿素荧光作为探测植物光合作用的“无损”探针,能够反映光能吸收、植物潜在最大光合能力、实际光合效率、光化学淬灭、非光化学猝灭、光合有效辐射、CO2固定、激发能传递、光系统II实际量子产量等几乎所有光合作用过程的变化。因此,通过研究叶绿素荧光间接研究光合作用变化是一种简便、快捷、无损、可靠的方法。此外,叶绿素荧光能够对植物所受干旱胁迫、氮胁迫、高温胁迫、低温胁迫、铅污染、盐分胁迫等进行响应。叶绿素荧光还可以用于评价植物初级生产力、叶绿素含量等。目前,植物叶绿素荧光检测技术可分为激光诱导叶绿素荧光技术和日光诱导叶绿素荧光技术。其中,激光诱导叶绿素荧光技术利用激光强度大、亮度高的特点,测得的叶绿素荧光信息量丰富,荧光光谱信息所含的物理意义更加清晰,而且测量时不受外界环境的影响。本文基于激光诱导叶绿素荧光光谱技术,提出了一种通过叶绿素荧光评价叶绿素含量的方法,搭建了一种植物叶绿素荧光检测装置,主要包括中心波长为456 nm的激光光源、USB4000光栅光谱仪、光纤、542 nm1 100 nm的长通滤波片、样品池和计算机,对植物叶片叶绿素荧光进行实时、无损检测。从激发光源的选择及系统主要参数的设定进行了详细的阐述与讨论,对405 nm LD、456 nm LD、532 nm LD、660nm LD光源诱导的植物叶绿素荧光进行了比较和分析,确定了叶绿素荧光激发光源的波长和输出功率。以Farea作为评价叶绿素荧光大小的参数,通过重复测量对系统误差和稳定性进行了分析。利用搭建的叶绿素荧光检测装置对不同植物叶绿素含量进行了定性分析,得到不同植物叶绿素荧光光谱曲线。以黄瓜叶片为实验对象,测量叶绿素荧光大小,分析其与叶绿素含量的关系,结果表明,本文提出的叶绿素荧光参数Farea与叶绿素a含量呈正相关关系(R=0.89,p(27)0.01),拟合方程为y=1.37x-0.32(R2=0.78);Farea与叶绿素b含量呈正相关关系(R=0.91,p(27)0.01),拟合方程为y=0.59x+0.33(R2=0.82);Farea与总叶绿素含量呈正相关关系(R=0.90,p(27)0.01),拟合方程为y=1.97x+0.01(R2=0.80),分析了叶绿素含量的相对误差。本文验证了将激光诱导叶绿素荧光检测技术用于叶绿素含量测定的可行性,进一步推进激光诱导叶绿素荧光技术在植物无损检测上的应用,为今后利用叶绿素荧光参数Farea评价光合作用的研究做了铺垫。
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